本發(fā)明涉及一種硬質(zhì)合金壓力燒結(jié)爐，具體是一種具有快速冷卻功能的壓力燒結(jié)爐。

背景技術(shù)：

目前，硬質(zhì)合金的燒結(jié)普遍采用壓力燒結(jié)爐，通過燒結(jié)熱等靜壓消除合金微觀孔隙，提高產(chǎn)品硬度、密度及抗彎強(qiáng)度，提升合金產(chǎn)品質(zhì)量。6MPa壓力燒結(jié)爐和1.6Mpa壓力爐，主要用于燒結(jié)爐不同牌號和不同尺寸的硬質(zhì)合金產(chǎn)品，對于大尺寸產(chǎn)品(如硬質(zhì)合金輥環(huán))以及低鈷牌號產(chǎn)品(Co含量8％以下)主要使用6Mpa壓力爐燒結(jié)。而對于小尺寸產(chǎn)品(如硬質(zhì)合金刀片)以及高鈷牌號產(chǎn)品(Co含量8％以上)主要采用1.6Mpa壓力爐燒結(jié)。針對小產(chǎn)品和高鈷牌號產(chǎn)品6MPa和1.6Mpa壓力燒結(jié)爐對小產(chǎn)品燒結(jié)后的硬度、密度和抗彎強(qiáng)度等性能指標(biāo)完全一致。但1.6Mpa壓力燒結(jié)爐投入成本小，其成本只有6Mpa壓力爐成本的50％，同時高溫高壓時的用氣量1.6Mpa壓力爐只有6Mpa壓力爐用量的20％，而且在較小的壓力情況下燒結(jié)，加熱功率節(jié)省20％。

現(xiàn)有的200型6Mpa壓力爐滿載情況下從1450℃冷卻至80℃以下只需要5.5小時，而現(xiàn)有的200型1.6Mpa壓力燒結(jié)爐滿載情況下從1450℃冷卻至80℃以下則需要10小時。由于1.6Mpa壓力燒結(jié)爐不帶快速冷卻功能，存在產(chǎn)品冷卻時間長的不足，影響了該設(shè)備的推廣。

如圖3所示，現(xiàn)有的1.6Mpa壓力燒結(jié)爐保溫門5和料盒門6由同一氣缸驅(qū)動，保溫門5和料盒門6均安裝在同一氣缸上，料盒門6采用金屬彈簧預(yù)緊，如果在1350℃左右開啟保溫門5和料盒門6，則彈簧會很快收縮變形 失效。現(xiàn)有1.6Mpa壓力燒結(jié)爐沒有快冷功能，只是在900℃以下打開保溫門5和料盒門6，讓料盒20及保溫筒19內(nèi)外冷熱氣體自然對流和熱交換來緩慢冷卻，在燒結(jié)和加壓過程中保溫門5和料盒門6一直處于關(guān)閉狀態(tài)，在冷卻時爐內(nèi)溫度冷卻至900℃以下時打開保溫門5和料盒門6，讓保溫筒19外部溫度更低的冷氣體進(jìn)入料盒20與高溫產(chǎn)品區(qū)8內(nèi)的熱氣體進(jìn)行自然熱交換冷卻，使產(chǎn)品溫度緩慢降溫，直到冷卻結(jié)束(爐內(nèi)溫度80℃以下)，冷卻時間很長。以普通200型1.6Mpa壓力爐為例，滿載產(chǎn)品(150KG)從燒結(jié)溫度1450℃開始冷卻，800℃以下打開料盒20，冷卻至開爐門溫度80℃大概需要10小時。而普通硬質(zhì)合金刀片的脫蠟及燒結(jié)工藝時間大概為12小時來計(jì)算，整個冷卻的時間與工藝運(yùn)行時間的比例為5：6，造成運(yùn)行時間長，設(shè)備產(chǎn)出率低，運(yùn)行效率低下。

為改變原有普通1.6Mpa壓力燒結(jié)爐產(chǎn)品冷卻時間長的問題，需要徹底改變原有爐體結(jié)構(gòu)以及爐內(nèi)部件。現(xiàn)有爐體冷卻方式過于簡單，僅僅只是通過將爐門打開后讓爐子內(nèi)外冷熱氣體自然緩慢對流熱交換來實(shí)現(xiàn)冷卻，冷卻效率低，因此需要設(shè)計(jì)一種具有冷卻功能的壓力燒結(jié)爐，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品快速冷卻、提高生產(chǎn)效率的目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：提供一種冷卻效果好、能提高生產(chǎn)效率和設(shè)備運(yùn)行效率的具有冷卻功能的壓力燒結(jié)爐。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

具有快速冷卻功能的壓力燒結(jié)爐，包括由爐門抱箍鎖緊的爐門、爐體；設(shè)置在爐體內(nèi)的保溫門、料盒門、保溫筒和高溫產(chǎn)品區(qū)；高溫產(chǎn)品區(qū)內(nèi)設(shè)有料盒，爐體內(nèi)還設(shè)有風(fēng)機(jī)、換熱器、氣體導(dǎo)流罩、氣流導(dǎo)流板、冷卻水進(jìn) 出管、爐殼水夾套、保溫門氣缸和料盒門氣缸；風(fēng)機(jī)和換熱器安裝在爐門上；換熱器與冷卻水進(jìn)出水管相連；氣體導(dǎo)流罩安裝在保溫門上與保溫筒貼合；氣流導(dǎo)流板均布在爐殼內(nèi)壁四周；冷卻水進(jìn)出管與爐殼水夾套相通；爐殼水夾套位于爐殼與爐體內(nèi)壁之間；碳?xì)珠T和料盒門采用雙氣缸獨(dú)立開關(guān)結(jié)構(gòu)，保溫門氣缸和料盒門氣缸安裝在爐門上分別與保溫門和料盒門相連。

本發(fā)明的保溫門和料盒門采用獨(dú)立雙氣缸驅(qū)動結(jié)構(gòu)，即保溫門和料盒門分別用獨(dú)立的氣缸實(shí)現(xiàn)驅(qū)動，料盒門不需要彈簧實(shí)現(xiàn)預(yù)緊，避免了彈簧在高溫影響下變形失效影響設(shè)備穩(wěn)定性，并能夠在更高的冷卻溫度(1350℃)開啟保溫門和料盒門，實(shí)現(xiàn)快冷功能。為將風(fēng)機(jī)導(dǎo)出的熱氣體迅速冷卻，在位于風(fēng)機(jī)葉片的四周即風(fēng)機(jī)的氣體導(dǎo)出口設(shè)有換熱器。氣體導(dǎo)流罩將保溫筒內(nèi)的熱氣體封閉，構(gòu)成完整的封閉冷卻循環(huán)路徑，絕大部分熱氣體經(jīng)導(dǎo)流罩從保溫筒內(nèi)進(jìn)入換熱器和風(fēng)機(jī)，保證了熱氣體循環(huán)效率，避免了熱氣體出現(xiàn)短路循環(huán)，讓經(jīng)過充分冷卻的氣體循環(huán)回到高溫產(chǎn)品區(qū)，快速冷卻高溫產(chǎn)品，提高冷卻效果。經(jīng)過爐壁的氣體在氣體導(dǎo)流板的阻擋下充分與爐殼內(nèi)壁接觸進(jìn)行熱交換，確保經(jīng)風(fēng)機(jī)擴(kuò)散至爐壁的氣體在爐體內(nèi)壁進(jìn)行充分熱交換，將熱氣體進(jìn)行冷卻，而爐殼內(nèi)壁設(shè)有水夾套，而爐殼水夾套是爐內(nèi)最大面積的換熱器，冷卻水進(jìn)出管與爐殼水夾套相通，使氣體更加快速冷卻。

進(jìn)一步的改進(jìn)是：所述的爐門為帶圓弧封頭的前爐門和后爐門。將原有平爐門結(jié)構(gòu)改為帶圓弧封頭的爐門，能方便安裝大功率風(fēng)機(jī)、換熱器和氣體導(dǎo)流罩。

進(jìn)一步的改進(jìn)是：所述的風(fēng)機(jī)為大功率水冷式風(fēng)機(jī)。采用大功率水冷式風(fēng)機(jī)能快速將保溫筒內(nèi)熱氣體抽吸到風(fēng)機(jī)葉片，然后經(jīng)過換熱器換熱后在圓弧形爐門導(dǎo)向下沿爐體內(nèi)壁在氣流導(dǎo)流板的作用下吹掃后內(nèi)爐壁，再到后爐 門，在后導(dǎo)流罩的引導(dǎo)下重新回吸進(jìn)高溫產(chǎn)品區(qū)。

進(jìn)一步的改進(jìn)是：所述的冷卻水進(jìn)出管有10根，安裝在爐體上部和下部與爐殼水夾套相通，分別用于爐門冷卻、爐體冷卻和換熱器冷卻的通水。

進(jìn)一步的改進(jìn)是：所述的換熱器分別為前換熱器和后換熱器，由耐高溫大口徑水冷銅管構(gòu)成。采用耐高溫大口徑水冷銅管換熱器能在將高溫產(chǎn)品區(qū)熱氣體吸出來的同時將熱氣經(jīng)銅盤管吹出去，使風(fēng)機(jī)導(dǎo)出的熱氣體迅速冷卻，后換熱器銅管內(nèi)通冷卻水，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步將冷卻后的氣體降溫。

更進(jìn)一步的改進(jìn)是：所述的換熱器為直徑φ30的銅盤管，且銅盤管上焊有銅翅片。在銅盤管上焊接銅翅片，能夠增大換熱面積，讓熱氣體經(jīng)過換熱器時與銅管和銅翅片充分接觸進(jìn)行熱交換，對氣體進(jìn)行快速冷卻。

進(jìn)一步的改進(jìn)是：所述的保溫門固定在碳?xì)旨苌?；料盒門固定在支撐桿上。碳?xì)旨芡ㄟ^保溫門氣缸驅(qū)動保溫門的開啟與關(guān)閉；支撐桿通過料盒門氣缸驅(qū)動料盒門的開啟與關(guān)閉。

更進(jìn)一步的改進(jìn)是：所述的碳?xì)旨芎椭螚U的由耐高溫材料Cr25Ni20不銹鋼制成。以避免碳?xì)旨芎椭螚U在高溫下變形影響保溫門和料盒門的關(guān)閉穩(wěn)定性，確保碳?xì)旨芎椭螚U在高溫開啟保溫門和料盒門的情況下不變形。

本發(fā)明的工作原理：

首先，設(shè)備進(jìn)入冷卻控制系統(tǒng)，自動檢測爐內(nèi)溫度低于1350℃以下，且在所有與快冷相關(guān)的冷卻水流量正常情況下，系統(tǒng)自動開啟保溫門和料盒門，然后根據(jù)爐內(nèi)溫度自動選擇轉(zhuǎn)速情況下開啟風(fēng)機(jī)，將高溫產(chǎn)品區(qū)內(nèi)的熱氣快速經(jīng)前導(dǎo)流罩導(dǎo)入風(fēng)機(jī)的葉片，再經(jīng)過風(fēng)機(jī)葉片將高溫?zé)釟鈱?dǎo)入四周布滿大口徑水冷銅管的前換熱器，進(jìn)行第一次換熱；經(jīng)過第一次換熱的氣體經(jīng) 圓弧形爐門沿著爐壁，在氣流導(dǎo)流板的阻擋下帶有水冷夾套的爐內(nèi)最大換熱器大面積接觸，進(jìn)行第二次換熱；經(jīng)過第二次換熱的氣體經(jīng)后爐門在后換熱器進(jìn)行第三次換熱冷卻后，在后導(dǎo)流罩的作用下將經(jīng)過三次換熱后的冷卻氣體經(jīng)后導(dǎo)流罩循環(huán)到爐內(nèi)高溫產(chǎn)品區(qū)，如此完成冷熱氣體循環(huán)和熱交換，將爐內(nèi)高溫產(chǎn)品區(qū)內(nèi)的產(chǎn)品快速冷卻，

本發(fā)明的效果在于：縮短了產(chǎn)品冷卻時間、提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品燒結(jié)質(zhì)量，解決了目前壓力燒結(jié)爐冷卻時間長，生產(chǎn)效率低的問題。本發(fā)明使用穩(wěn)定可靠，特別適用于燒結(jié)小尺寸硬質(zhì)合金產(chǎn)品。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明保溫門和料盒門雙氣缸結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖3是現(xiàn)有1.6Mpa壓力燒結(jié)爐的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、風(fēng)機(jī)；2、前爐門；3、前換熱器；4、前導(dǎo)流罩；5、保溫門；6、料盒門；7、氣流導(dǎo)流板；8、高溫產(chǎn)品區(qū)；9、后導(dǎo)流罩；10、后換熱器；11、后爐門；12、冷卻水進(jìn)出管；13、爐殼水夾套；14、爐門抱箍；15、保溫門氣缸；16、料盒門氣缸；17、碳?xì)旨埽?8支撐桿；19、保溫筒；20、料盒

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

如圖1、圖2所示，本發(fā)明包括風(fēng)機(jī)1、爐門、爐體、換熱器、氣體導(dǎo)流罩、氣流導(dǎo)流板7、冷卻水進(jìn)出管12、爐殼水夾套13、保溫門氣缸15和料盒門氣缸16和設(shè)置在爐體內(nèi)的保溫門5、料盒門6、保溫筒19和高溫 產(chǎn)品區(qū)8；高溫產(chǎn)品區(qū)8通過安裝在爐體內(nèi)的石墨底板和石墨支撐柱支撐。高溫產(chǎn)品區(qū)8內(nèi)設(shè)有料盒20。

風(fēng)機(jī)1為大功率水冷式風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)自身帶有水冷夾套和冷卻水進(jìn)出水管。風(fēng)機(jī)1設(shè)有葉片。爐門為帶圓弧封頭的前爐門2和后爐門11。風(fēng)機(jī)1安裝在前爐門2上，前爐門2和后爐門11關(guān)閉后通過爐門抱箍14鎖緊。換熱器分別為前換熱器3和后換熱器10，由耐高溫大口徑水冷銅管制成。前換熱器3和后換熱器10為直徑φ30的銅盤管，且銅盤管上焊有銅翅片。前換熱器3安裝在爐門2上與冷卻水進(jìn)出管12相通，位于風(fēng)機(jī)1的葉片四周，風(fēng)機(jī)葉片在將高溫產(chǎn)品區(qū)8熱氣體吸出來的同時，再將熱氣經(jīng)前換熱器3吹出去。后換熱器10為8圈φ30的銅盤管，盤管內(nèi)通冷卻水，安裝并固定在后爐門11上與冷卻進(jìn)出水管12相通。氣體導(dǎo)流罩分別為前導(dǎo)流罩4和后導(dǎo)流罩9，安裝固定在保溫門5的鋼架上與保溫筒19貼合，隨保溫門5的開啟關(guān)閉而動作，前導(dǎo)流罩4和后導(dǎo)流罩9與保溫筒19的貼合留有較大余量，即使在保溫門5開啟的情況下，導(dǎo)流罩4和后導(dǎo)流罩9仍然與保溫筒19貼合，保證熱氣體流出和流進(jìn)高溫產(chǎn)品區(qū)8時不會因有間隙而產(chǎn)生氣流短路的情況，讓氣流始終處于閉式循環(huán)的路徑中。風(fēng)機(jī)1的葉片正對前導(dǎo)流罩4處有開孔，通過該孔風(fēng)機(jī)葉片將爐內(nèi)熱氣體吸出來。氣流導(dǎo)流板7安裝在爐殼內(nèi)壁上，在氣流循環(huán)時起到阻擋氣流的作用，將氣流盡量與爐殼內(nèi)壁進(jìn)行熱交換，再通過爐殼水夾套13將熱量帶走。爐殼水夾套13位于爐殼與爐體內(nèi)壁之間；冷卻水進(jìn)出管12有10根，安裝在爐體上部和下部與爐殼水夾套13相通，分別用于爐門冷卻、爐體冷卻和換熱器冷卻的通水。保溫門5和料盒門6為雙氣缸驅(qū)動結(jié)構(gòu)，保溫門氣缸15和料盒門氣缸16安裝在爐門2上分別與保溫門5和料盒門6相連。保溫門5安裝固定在碳?xì)旨?7上，碳?xì)旨?7通過 保溫門氣缸15驅(qū)動保溫門5的開啟與關(guān)閉。料盒門6安裝固定在支撐桿18上，支撐桿18通過料盒門氣缸16驅(qū)動料盒門6的開啟與關(guān)閉。為避免碳?xì)旨?7和支撐桿18在高溫下變形影響保溫門5和料盒門6的關(guān)閉穩(wěn)定性，碳?xì)旨?7和支撐桿18為耐高溫材料Cr25Ni20不銹鋼，以確保碳?xì)旨?7和支撐桿18在高溫開啟保溫門5和料盒門6的情況下不變形。

本發(fā)明配置了電氣和程序自動控制系統(tǒng)，以保證冷卻功能的自動、安全、可靠運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)檢測到爐內(nèi)各帶溫度低于1350℃時，自動開啟保溫門5和料盒門6，在系統(tǒng)檢測到以上兩個門均已開啟到位后，自動按照用戶設(shè)定的轉(zhuǎn)速寫入變頻器，控制風(fēng)機(jī)1的轉(zhuǎn)速在1000轉(zhuǎn)/分運(yùn)行，避免大量的高溫?zé)釟怏w瞬間導(dǎo)入前爐門2，造成前爐門2密封件受熱失效，當(dāng)爐內(nèi)溫度降至1100℃以下時，系統(tǒng)自動按照風(fēng)機(jī)1最高轉(zhuǎn)速1400轉(zhuǎn)/分寫入變頻器，讓風(fēng)機(jī)1高速運(yùn)行，加快1100℃以下設(shè)備的冷卻速度。在控制保溫門5、料盒門6自動開啟、風(fēng)機(jī)1自動運(yùn)行的快速冷卻期間，系統(tǒng)自動檢測前換熱器3、后換熱器10、風(fēng)機(jī)1、前爐門2、后爐門11、加熱電極等水流量是否正常，否則不能開啟保溫門5進(jìn)行快冷，如果在快冷運(yùn)行期間檢測到水流量不正常，則自動暫?？炖涑绦?，風(fēng)機(jī)1停止運(yùn)行，保溫門5自動關(guān)閉，以免對前換熱器3、后換熱器10、風(fēng)機(jī)1、前爐門2、后爐門11、加熱電極等受高溫影響出現(xiàn)設(shè)備意外情況。

使用時，前爐門2和后爐門11關(guān)閉，通過爐門抱箍14鎖緊前爐門2和后爐門11。在冷卻進(jìn)出水管12通水的情況下，自動按照以下工藝程序運(yùn)行：

1、H2脫蠟(常溫～600℃)、真空燒結(jié)(600～1300℃)、分壓燒結(jié)(1300～1450℃)、壓力燒結(jié)(1450～1450℃)

在以上工藝運(yùn)行階段中：風(fēng)機(jī)1停、前爐門2和后爐門11關(guān)，前換熱器3和后換熱器10一直通冷卻水，保溫門5和料盒門6一直處于關(guān)閉狀態(tài)。

2、快冷(1450℃～常溫)

從1450℃降至1350℃，風(fēng)機(jī)1停、前爐門2和后爐門11關(guān)，前換熱器3和后換熱器10一直通冷卻水，保溫門5和料盒門6一直處于關(guān)閉。從1350℃降至常溫，風(fēng)機(jī)1開、前爐門2和后爐門11關(guān)，前換熱器3和后換熱器10一直通冷卻水，保溫門5和料盒門6開啟，使?fàn)t內(nèi)熱氣體進(jìn)行內(nèi)循環(huán)。經(jīng)過內(nèi)循環(huán)快速冷卻，爐內(nèi)熱氣體經(jīng)封閉式循環(huán)冷卻回路，在設(shè)備滿載時，從最高溫1450℃冷卻至80℃以下，在1350℃開啟保溫門5和料盒門6，同時開冷卻風(fēng)機(jī)1的情況下，極限冷卻時間為38分鐘，大大提高了生產(chǎn)效率。同時快速冷卻功能可抑制冷卻時鈷從硬質(zhì)合金表面“逸出”，增加了合金中粘結(jié)相鈷中鎢和碳化鎢的含量，提高了合金的抗沖擊韌性和耐磨性。

經(jīng)試驗(yàn)，本發(fā)明使用穩(wěn)定可靠，縮短了產(chǎn)品冷卻時間，提高了硬質(zhì)合金產(chǎn)品的抗沖擊韌性和耐磨性，在提高生產(chǎn)效率的同時提高了產(chǎn)品質(zhì)量，特別適用于燒結(jié)高鈷小尺寸硬質(zhì)合金產(chǎn)品。